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1、 一、 NDIR紅外氣體傳感器的基本概述 1. 簡介 NDIR紅外氣體傳感器用一個廣譜的光源作為紅外傳感器的光源，光線穿過光路中的被測氣體，透過窄帶濾波片，到達(dá)紅外探測器。其工作原理是基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度關(guān)系（朗伯-比爾Lambert-Beer定律）鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。其主要由紅外光源、光路、紅外探測器、電路和軟件算法組成的光學(xué)傳感器，主要用于測化合物，例如：CH4、CO2、N2O、CO、SO2、NH3、乙醇、苯等，并包含絕大多數(shù)有機(jī)物。 2. 原理 由于各種物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，就決定了它們對不同波長光線的選擇吸收，

2、即物質(zhì)只能吸收一定波長的光。物質(zhì)對一定波長光的吸收關(guān)系服從朗伯—比爾(Lambert2Beer)吸收定律。下圖為NDIR紅外氣體分析原理圖：以CO2分析為例，紅外光源發(fā)射出1～20μm的紅外光，通過一定長度的氣室吸后，經(jīng)過一個4.26μm波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測透過4.26μm波長紅外光的強(qiáng)度，以此表示CO2氣體的濃度。 3. 分類 1）根據(jù)紅外探測器的通道數(shù)，可以劃分為單通道NDIR氣體傳感器和雙通道NDIR氣體傳感器。單通道就是在紅外探測器內(nèi)部集成了一個敏感元件以及窄帶濾波鏡片；雙通道就是在單通道的基礎(chǔ)上，集成了一個參考通道。我公司紅外傳感器產(chǎn)品皆為雙通道類型，長期穩(wěn)定

3、性更好，受環(huán)境溫度影響小。 2）根據(jù)探測氣體種類，可以劃分為單一氣體和復(fù)合氣體傳感器。目前市場上絕大部分NDIR氣體傳感器都是針對單一氣體組分進(jìn)行測量的，技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛。 4. 應(yīng)用 紅外線氣體分析器主要應(yīng)用領(lǐng)域： 1)石油、化工、發(fā)電廠、冶金焦碳等工業(yè)過程控制； 2)大氣及污染源排放監(jiān)測等環(huán)保領(lǐng)域； 3)飯店、大型會議中心等公共場所的空氣監(jiān)測； 4)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科研等領(lǐng)域； 例如：（1）合成氨流程的醇化塔進(jìn)（出）口，用紅外氣體分析器分析CO和CO2；（2）甲醇生產(chǎn)流程的脫碳工段，用紅外氣體分析器分析CO和CO2；（3）環(huán)保排放監(jiān)測，用紅外氣體分析器分析SO2

4、和NOx。 5. 應(yīng)用注意事項 1)供電電壓超過規(guī)定工作電壓將導(dǎo)致傳感器永久性損壞； 2)電壓低于規(guī)定工作電壓傳感器將不能正常工作。 3)長期處于高溫、潮濕環(huán)境； 4)處于強(qiáng)電磁場環(huán)境； 5)電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響 6)高溫環(huán)境對氣體探測器造成涂覆材料熔化、焊點開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題 7)粉塵、潮濕環(huán)境。此環(huán)境對氣體探測器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應(yīng)選用密閉性很高的氣體探測器 8)潮濕、酸性對氣體探測器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響 6. 發(fā)展趨勢 紅外氣體傳感器及儀器適用于監(jiān)測各種易燃易爆、二氧化碳?xì)怏w，具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒

5、、不依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長等顯著優(yōu)點。這些優(yōu)點將導(dǎo)致電化學(xué)、紅外原理的氣體檢測儀器占領(lǐng)更廣泛的行業(yè)高端市場，并在未來逐步成為市場主流。 7. NDIR的技術(shù)路線分為兩條： 1)向低分辯率、長波長、多氣種方向發(fā)展，主要市場是分析儀表。 2)向小體積，低成本方向發(fā)展，主要市場是室內(nèi)空氣質(zhì)量IAQ檢測，氣種包含CO2和碳?xì)銱C類氣體，全球銷量約幾百萬只。 二、 電化學(xué)傳感器的基本概述 8. 簡介 電化學(xué)氣體傳感器屬于化學(xué)類傳感器中的一種，其類型主要有三種：伽伐尼電池式傳感器、定電位電解式氣體傳感器及燃料電池型氣體傳感器。電化學(xué)傳感器具有響應(yīng)速度快、功耗低、線性好、可以

6、定量檢測等特點，廣泛受到市場的青睞。其敏感體主要是由貴金屬催化劑材料制成的，其中應(yīng)用最為廣泛常見的催化劑是鉑、金、釕、碳等，通過將膜電極及電解液灌封而成。 9. 原理 電化學(xué)傳感器，顧名思義，是通過發(fā)生化學(xué)反應(yīng)對外輸出電流信號。氣體在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)并釋放電荷形成電流，產(chǎn)生的電流大小與氣體濃度成正比并遵循法拉第定律，通過測定電流的大小即可判定氣體的濃度。 10. 分類（以我公司傳感器為基礎(chǔ)） 按照實際用途，我司將電化學(xué)氣體傳感器分為三類： (1）民用型 此類型傳感器主要是用于安防、家報領(lǐng)域，嚴(yán)格準(zhǔn)確的檢測家庭中有毒氣體的實時濃度，為日常人身安全提供了可靠的保障。其代表型傳感器為

7、一氧化碳傳感器（ME2-CO、ME2-CH2O）。從外形圖上看，傳感器僅有兩個電極，即工作電極和對電極，結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便，檢測濃度可達(dá)到PPm級別，準(zhǔn)確度較高。 (2）工業(yè)品傳感器 此類型傳感器主要用于工礦類，畜牧業(yè)等行業(yè)，用來檢測作業(yè)中產(chǎn)生的毒氣濃度。比如硫化氫、氨氣、氯氣等。近年來對于致癌物質(zhì)的苯等有機(jī)物，人們格外的關(guān)注，對于有機(jī)物的檢測有很好的效果，檢測濃度可達(dá)到PPm級別，準(zhǔn)確度高。觀察其外形，可以看到，工業(yè)品傳感器與民用傳感器明顯的區(qū)別就在于其電極的數(shù)量。工業(yè)用傳感器電極有三個，較民用傳感器多出一個參比電極，其提高了檢測的準(zhǔn)確度以及穩(wěn)定性。右下圖傳感器表觀看有四個電極，

8、但是實際有效電極也為三個，與三電極體系原理一樣。 （3）大氣監(jiān)測傳感器 此類型傳感器是用于大氣監(jiān)測領(lǐng)域。由于當(dāng)下經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，空氣質(zhì)量也受到不同程度的影響，個別地區(qū)空氣已經(jīng)受到嚴(yán)重污染。因此隨著國家和人們對于空氣質(zhì)量的看重，大氣監(jiān)測亟需進(jìn)行。 11. 應(yīng)用中注意事項 電化學(xué)傳感器對于應(yīng)用過程有一定的要求，客戶使用時應(yīng)注意以下幾點： ① 管腳禁止折斷和彎曲； ② 使用前老化時間不少于48小時； ③ 傳感器避免接觸有機(jī)溶劑（包括硅橡膠及其它膠粘劑）、涂料、藥劑、燃料油類及高濃度氣體； ④ 所有電化學(xué)傳感器不可用樹脂材料完全封裝，也不可浸沒在無氧環(huán)境中，否則會損害傳感器的性能； ⑤ 所有電化學(xué)傳感器不可長時間應(yīng)用于含有腐蝕性氣體的環(huán)境中，腐蝕性氣體可以損害傳感器； ⑥ 氣體零點測定時，須在潔凈的大氣中進(jìn)行； ⑦ 傳感器上方防水透氣膜嚴(yán)禁揭開、破損； ⑧ 傳感器不可受到過度的撞擊或震動； ⑨ 外殼有損傷、變形等情況下請勿使用； ⑩ 禁止用熱熔膠或者固化溫度高于80℃以上的密封膠封裝傳感器；